Il titanio è un nuovo tipo di materiale con vantaggi quali bassa densità, elevata resistenza specifica, resistenza al calore e resistenza alla corrosione. Pesa solo la metà del ferro, ma le sue proprietà meccaniche come la martellatura e la trafilatura sono le stesse del rame. In generale, man mano che la temperatura diminuisce, la resistenza all'impatto del metallo diminuirà, ma per il titanio è il contrario, più bassa è la temperatura, più duro diventerà il titanio e quando viene raggiunta la temperatura critica si verificherà il fenomeno della superconduttività. La lega di titanio e il titanio sono in una certa misura simili nelle proprietà, con le caratteristiche di bassa densità ed elevata resistenza, oltre alle eccellenti proprietà meccaniche e alla forte resistenza alla corrosione. Inoltre, la sua resistenza termica è elevata, significativamente migliore di quella della lega di alluminio, e le sue proprietà meccaniche non cambiano molto alle basse e alle temperature ultra-basse.
Metodo di preparazione del titanio
Sebbene il titanio sia relativamente abbondante in natura, è anche un metallo raro a causa della sua dispersione e della difficoltà di estrazione. Attualmente, la preparazione del titanio è divisa in due categorie: metodo di riduzione termica e metodo di elettrolisi del sale fuso.
1. Preparazione del titanio mediante metodo di riduzione termica
Il metodo di riduzione termica consiste nel ridurre il titanio da composti di titanio come TiCl4, TiO2, K2TiF6, ecc. ad una certa temperatura utilizzando forti agenti riducenti come Li, Na, Mg, Ca e i loro idruri. A seconda dei diversi composti del titanio, la tecnologia di preparazione del titanio mediante riduzione termica può essere suddivisa in tre categorie:
(1) Metodi Redox del cloruro di titanio, come il metodo Kroll, il metodo Hunter, il metodo Armstrong e il metodo EMR;
(2) metodi redox degli ossidi di titanio, come il metodo OS, il processo PRP, il metodo MHR, ecc.;
(3) Metodo Redox del titanato.
Attualmente solo i metodi Kroll e Hunter possono essere applicati con successo nella produzione industriale. Il metodo Kroll utilizza il magnesio metallico per sostituire il titanio nel cloruro, mentre il metodo Hunter utilizza il sodio metallico per sostituire il titanio nel cloruro. Inoltre, il metodo Armstrong sviluppato dalla Chicago International Titanium Powder Company è simile al metodo Hunter, che utilizza anch'esso l'agente riducente sodio per purificare il titanio metallico. Gli Stati Uniti hanno iniziato a utilizzare questo metodo per la pre-produzione nelle fabbriche.
2. Il titanio viene preparato mediante elettrolisi del sale fuso
Nel 1959, Kroll predisse che l’elettrolisi del sale fuso avrebbe sostituito Kroll come metodo principale per la produzione di titanio nei successivi 5-10 anni. Nel corso degli anni, istituti di ricerca scientifica e laboratori in patria e all'estero hanno sviluppato più di una dozzina di nuove tecnologie per la preparazione del titanio mediante elettrolisi del sale fuso, che possono essere suddivise nelle seguenti tre categorie in base alle materie prime:
(1) Metodo di elettrolisi del titanato;
(2) Metodo di elettrolisi del cloruro di titanio;
(3) Metodi di elettrolisi degli ossidi di titanio, compreso il metodo FFC Cambridge, il processo MER, il metodo USTB, il processo QIT, il metodo SOM e il metodo dell'elettrolisi liquida ionica, ecc.
Nuovi usi del titanio
Dagli anni '40 del 20° secolo, l'uso del titanio si è sviluppato rapidamente ed è stato ampiamente utilizzato in aerei, razzi, missili, satelliti artificiali, veicoli spaziali, navi, industria militare, industria medica e petrolchimica. Le ultime ricerche hanno scoperto che il corpo umano contiene una certa quantità di titanio, che stimola i fagociti e può rafforzare l'immunità, quindi molti laboratori sono impegnati nello sviluppo e nell'applicazione del biotitanio.
Metodo di preparazione della lega di titanio
La lavorazione tradizionale della lega di titanio adotta generalmente la tecnologia di fusione e fusione e la tecnologia di lavorazione più recente è suddivisa nei seguenti tipi:
tecnologia di stampaggio Near-net;
tecnologia di saldatura a filo;
tecnologia di stampaggio superplastico;
La tecnologia di stampaggio Near-net include la formatura laser, la fusione di precisione, la forgiatura di precisione, la metallurgia delle polveri, lo stampaggio a getto e altri metodi. La metallurgia delle polveri è un nuovo processo che utilizza polvere di titanio o polvere di lega di titanio come materia prima, stampata e sinterizzata, quindi produce parti in titanio. La prima è la produzione di polvere, che generalmente utilizza il metodo della lega meccanica e utilizza un mulino a sfere per impattare, macinare e mescolare fortemente le materie prime. La lega che ha formato una polvere viene quindi pressata in due metodi di pressatura, ovvero formatura a pressione e formatura senza pressione. Lo scopo di questo passaggio è creare una certa forma e dimensione dell'embrione e fargli avere una certa densità e forza. Quindi, il materiale grezzo finito viene scaricato sinterizzato al plasma e una fonte di energia di sinterizzazione specifica e una pressione di pressatura vengono applicate alla polvere sinterizzata utilizzando gli elettrodi di punzonatura ed energizzazione dello stampo superiore e inferiore e il materiale in titanio ad alte-prestazioni viene preparato mediante attivazione della scarica, deformazione termoplastica e raffreddamento. Quindi la lega di titanio che ha subito la sinterizzazione al plasma viene successivamente trattata, solitamente trattamento termico o lavorazione plastica.
Nuovi usi delle leghe di titanio
All'inizio le leghe di titanio erano ampiamente utilizzate nel campo aerospaziale, principalmente per realizzare motori aeronautici o componenti pneumatici. Successivamente, con il continuo sviluppo della tecnologia, la lega di titanio è entrata nella vita della gente comune e si trova anche nelle fabbriche o negli elettrodomestici. Ora i paesi e le istituzioni sono in competizione per sviluppare nuove leghe di titanio per far sì che abbiano le caratteristiche di basso costo e prestazioni elevate, e il nuovo sviluppo delle leghe di titanio negli ultimi anni si concentra principalmente nei seguenti cinque aspetti.
1. Lega di titanio medica
La lega di titanio ha una bassa densità e una buona biocompatibilità, che la rendono un materiale medico ideale e può persino essere impiantata nel corpo umano. Tuttavia, recentemente, gli studiosi giapponesi hanno sviluppato un nuovo tipo di lega di titanio con una buona biocompatibilità, ma al momento questa lega non è stata prodotta in massa-e si ritiene che nel prossimo futuro leghe di così alta-qualità potranno essere ampiamente utilizzate nella vita quotidiana.
2. Lega di titanio ignifuga
Le leghe a base di titanio-che possono resistere alla combustione a determinate pressioni, temperature e velocità del flusso d'aria sono resistori al titanio. Gli Stati Uniti, la Russia e la Cina hanno sviluppato successivamente nuove leghe di titanio resistive, tra le quali gli Stati Uniti applicano queste leghe di titanio resistive ai motori, perché queste leghe di titanio sono insensibili alla combustione, quindi possono migliorare notevolmente la stabilità del motore.
3. Tipo ad alta resistenza e alta tenacità
-la lega di titanio di tipo ha le caratteristiche di elevata resistenza, buona saldabilità ed eccellenti prestazioni di lavorazione a freddo e a caldo. I ricercatori hanno utilizzato questa legge per preparare leghe di titanio di tipo -con caratteristiche evidenti: buone prestazioni di lavorazione a caldo spirituale, buona plasticità e buone prestazioni di saldatura. Inoltre, le sue proprietà meccaniche risultano notevolmente migliorate dopo il trattamento di invecchiamento della soluzione-. Attualmente, il Giappone e la Russia hanno preparato tali leghe di titanio.
4. Composti di titanio-alluminio
Rispetto alle normali leghe di titanio, i composti di titanio e alluminio hanno buone prestazioni alle alte temperature, buona resistenza all'ossidazione e resistenza allo scorrimento viscoso e sono meno densi delle normali leghe di titanio. Queste eccellenti caratteristiche sono destinate a dare il via a un nuovo boom delle leghe nei composti di titanio-alluminio. Al momento, gli Stati Uniti hanno sintetizzato questa nuova lega di composti di titanio-alluminio ed è in fase di produzione in serie.
5. Lega di titanio ad alta-temperatura
Le leghe di titanio preparate combinando metodi di solidificazione rapida e metodi di metallurgia delle polveri utilizzando compositi rinforzati con fibre o particelle-hanno eccellenti caratteristiche meccaniche alle alte-temperature. Il limite di temperatura di utilizzo della lega di titanio ad alta-temperatura è molto più elevato di quello della normale lega di titanio. Attualmente negli Stati Uniti è stata preparata una nuova lega di titanio ad alta-temperatura.
6. Lega di titanio-nichel
La lega composta da titanio e nichel è chiamata "lega a memoria", che viene modellata in una forma predeterminata e poi modellata per ripristinare il suo aspetto originale con un leggero riscaldamento se viene deformata da forze esterne. Questa lega può essere utilizzata in vari campi come strumentazione e dispositivi elettronici.
